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교란 영역으로 흘러 들어오는 순간에 급격한 압력 변화를 받게 되므로 이때에는 물체 주위에 압력이 급격히 상승하는 압축 충격파(Compression Shock Wave)가 형성된다.[자연과학] 충격파의 종류와 특징에 대해서 목 차 1) 충격파의 정의 2) 날개 단면의 충격파 3) 충격파의 종류 ① 경사 충격파 [Oblique Shock Wave] ② 수직 충격파 [Normal Shock Wave] ③ 팽창파 [Expansion Wave] ④ 이탈 충격파 [Bow Shock Wave] ⑤ 부착 충격파 [Attached Shock Wave] 1) 충격파의 정의 충격파는 폭발 등에 의해 발생하고 기체 속의 음속보다 빨리 진행하는 파를 뜻한다. 따라서 이 압축파는 비교란 영역과 교란 영역의 경계선이 되는 마하파와 거의 겹치게 된다. 조파항력은 충격파에 의해서 생기기 때문에 날개단면에서의 충격파에 대한 특성을 알 필요가 있. , 충격파에 의한 운동에너지의 손실에 의해 발생하는 항력이다. 정지된 기체 속을 음속보다 빠른 속도로 물체(비행기 등)가 진행할 때 물체에 의해 발생된 기체의  ......

 

 

Index & Contents

자연과학 자료 충격파의 종류와 특징에 대해서

 

[자연과학] 충격파의 종류와 특징에 대해서

 

[자연과학] 충격파의 종류와 특징에 대해서

 

목 차

 

1) 충격파의 정의

2) 날개 단면의 충격파

3) 충격파의 종류

① 경사 충격파 [Oblique Shock Wave]

② 수직 충격파 [Normal Shock Wave]

③ 팽창파 [Expansion Wave]

④ 이탈 충격파 [Bow Shock Wave]

⑤ 부착 충격파 [Attached Shock Wave]

 

1) 충격파의 정의

충격파는 폭발 등에 의해 발생하고 기체 속의 음속보다 빨리 진행하는 파를 뜻한다. 정지된 기체 속을 음속보다 빠른 속도로 물체(비행기 등)가 진행할 때 물체에 의해 발생된 기체의 압력변화는 충격파에 집중된다. 이 파면에서는 기체의 밀도와 속도가 불연속적으로 변화한다. 초음속 제트기의 경우는 마하 원뿔이라고 하는 원뿔 내에만 제트기에 의한 압력변화가 전달되어, 원뿔면 위는 충격파가 된다. 물체가 없어도 기체 자체가 음속 이상으로 흐를 때는 밀도와 속도가 불연속변화를...[자연과학] 충격파의 종류와 특징에 대해서

 

목 차

 

1) 충격파의 정의

2) 날개 단면의 충격파

3) 충격파의 종류

① 경사 충격파 [Oblique Shock Wave]

② 수직 충격파 [Normal Shock Wave]

③ 팽창파 [Expansion Wave]

④ 이탈 충격파 [Bow Shock Wave]

⑤ 부착 충격파 [Attached Shock Wave]

 

1) 충격파의 정의

충격파는 폭발 등에 의해 발생하고 기체 속의 음속보다 빨리 진행하는 파를 뜻한다. 정지된 기체 속을 음속보다 빠른 속도로 물체(비행기 등)가 진행할 때 물체에 의해 발생된 기체의 압력변화는 충격파에 집중된다. 이 파면에서는 기체의 밀도와 속도가 불연속적으로 변화한다. 초음속 제트기의 경우는 마하 원뿔이라고 하는 원뿔 내에만 제트기에 의한 압력변화가 전달되어, 원뿔면 위는 충격파가 된다. 물체가 없어도 기체 자체가 음속 이상으로 흐를 때는 밀도와 속도가 불연속변화를 하는 충격파가 발생한다. 예컨대 핵폭발이 일어나면 그곳의 기체는 가속되어 초음속으로 확산하기 시작하고, 충격파가 발생한다. 이 경우를 폭풍파라고 하며, 고압기체의 파가 되어 전파된다. 충격파의 전면과 후면의 압력의 비를 충격파의 세기라고 하며, 이것이 결정되면 속도나 밀도가 불연속 변화하는 정도를 랭킨-위고니오의 관계식에 의해 구할 수 있다. 충격파면에서 보면 상류 쪽에서는 초음속의 흐름이 들어오고 하류 쪽으로는 아음속의 흐름이 나가고 있다. 이 때 상류 쪽 흐름의 운동에너지의 일부가 열에너지로 변해 고온 고압상태가 하류 쪽에 만들어 진다. 또한 별의 폭발에 의해 1020cm나 되는 넓이로 확산된 충격파나, 태양에서 오는 플라즈마의 흐름 때문에 지구의 자기권에서 충격파가 발생하고 있는 사실 등도 확인되고 있다.

2) 날개 단면의 충격파

일반적으로 아음속으로 비행하는 날개 단면(Airfoil)에서의 항력은 점성마찰에 의한 표현마찰항력(Surface Friction Drag)과 유동의 박리현상에 의한 압력항력(Pressure Drag)에 의한 것이다. 그러나 날개 단면상에서 초음속 유동이 형성되면 충격파가 발생하게 되고 조파항력이라는 항력이 생기게 된다.

조파항력은 충격파에 의해서 생기기 때문에 날개단면에서의 충격파에 대한 특성을 알 필요가 있다. 조파항력은 초음속으로 비행하는 날개단면에 발생하는 충격파에 의해 나타나는 항력이다. 즉, 충격파에 의한 운동에너지의 손실에 의해 발생하는 항력이다. 그리고 충격파는 실제적으로 압력의 불연속면이라 볼 수 있다. 물체에 초음속으로 접근하는 유체가 마하파에 의해 구분되는 비교란 영역을 흘러올 때까지는 물체에 의한 압력변화를 전혀 전달받지 못하다가, 교란 영역으로 흘러 들어오는 순간에 급격한 압력 변화를 받게 되므로 이때에는 물체 주위에 압력이 급격히 상승하는 압축 충격파(Compression Shock Wave)가 형성된다. 따라서 이 압축파는 비교란 영역과 교란 영역의 경계선이 되는 마하파와 거의 겹치게 된다. 만약 반대로 압력이 급격히 감소하는 조건이 형성될 때에는 팽창파(Expansion Wave)가 발생된다. 이 팽창파를 유체가 통과할 경우에는 속도가 증가하고 압력이 감소하며 운동에너지의 손실이 생기지 않는다. 팽창파는 초음속 유동에서만 생기고 항상 표면에 경사지게 된다. 충격파나 팽창파는 초음속 유동에서 그 유동 방향이 어떤 물체에 의하여 강제로 변환될 때 발생한다. 즉, 다이아몬드 날개단면 후반부에서는 유동 단면이 증가되기 때문에 앞쪽보다 유동의 속도가 증가하게 되므로 반대 현상으로 팽창파가 발생하게 된다.

 

위 그림과 같이, 초음속으로 유선 C를 따라오는 유체입자는 3C위치에서 감소된 유동단면적(다이아몬드 날개 상부 위치 1의 단면적에 대한 위치 3의 단면적만큼의 감소된 단면적)에 해당하는 더욱 작은 속도로 급격히 감속됨에 따라 더 강한 충격파를 형성하게 된다. 따라서 충격파는 이론적으로 마하파와 겹쳐서 발생하게 된다. 실제로는 약간의 차이가 있지만 대칭인 날개단면

 
 
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